Проект “Восток-Антарктика”

Получив температуру -40°C на элементах Пельтье от Криотерм(Экоген), и получив при этом безценный опыт глубокой заморозки, я понял, что -40°C это не придел! А значит надо его достичь!

Новый проект термокамеры я назвал в честь подвигов наших полярников со станции “Восток”. В нем мы с Вами попробуем спустится еще ниже по шкале температур, а так-же рассмотрим может ли в решении задачи пригодится крупный рогатый скот. crazy

Я на практике увидел возможности многокаскадных модулей, но так-же увидел то, что их не делают на большую мощность охлаждения при большой ΔT. Тогда пришла мысль сделать многокаскадный модуль самостоятельно.

Идея сама по себе достаточно амбициозна, и в ней много если, но сложности меня не пугают, на оборот они мне интересны.

В качестве базового охлаждения я решил взять уже опробованный ранее модуль  Kryotherm TB-2-(127-127)-1,15 E он достаточно мощный для моих задач и имеет большой ΔT при интересующей меня мощности охлаждения 3.5Вт, где-то около 70K. Он будет управляться с помощью классической Arroyo 5305.

Но чтобы вплотную приблизится к типичным условиям на антарктической станции “Восток”, ΔT=70K к комнатной температуре недостаточно. Нужно еще где-то раздобыть около 20-30 кельвинов. С этим мне должен помочь высоко-производительный модуль Криотерм-Экоген DRIFT-0.8, в каскадном сопряжении с модулем TB-2.

Если его применить в качестве первой стадии охлаждения, то при забираемой мощности с модуля  TB-2 около Qh=60-70Вт, он должен развить ΔT на недостающие 30-40K.

Но если посчитать суммарную мощность такой сборки, внезапно получаем Qкамера+Qдвухкаскадник+Qdrift=3.5Вт+60Вт+170Вт=233.5Вт, примерно. Эту немаленькую мощность надо смочь чем-то отвести, без значительного нагрева горячей стороны. Тут уже нужно что-то получше лоу-кост водянки.

Я сделал ставку на геймерский класс водянок, и смог втиснуть в бюджет проекта водянку Fractal Design Celsius S36

Для решения главной проблемы – термощита, на помощь тут пришел дружбан, благодаря которому, были найдены небольшие лабораторные сосуды Дьюара родом из одной лаборатории времен СССР. С рабочим объемом подходящим под камеру даже чуть больше L60*D55:

СИСЬКИ!!!

Догадываясь откуда они родом, есть обоснованное предположение, что их основное назначение – селекция спермы быков в среде жидкого азота.

А это значит что они должны быть довольно высокого качества.

Сборка модулей между собой тоже вызывает вопросы. В моем понимании, для обеспечения высокой стабильности температуры между модулями нужен небольшой термобуфер, cо стабилизацией температуры. Начнем с малого, с термо-механики.

Для этих целей я изучил SolidWorks, он оказался довольно прост, и я всего за два дня воплотил все мои самые влажные мечты в три 3D модели, со всеми фенечками, типа ложементов для модулей, фасочек, закруглений, стыковочных швов и прочим.

Модель термобуфера, который так-же выполняет роль крепежного элемента для Пельтьешек.

Между буфером и помпой водянки будет размещаться модуль DRIFT-0.8 и притягиваться винтами к штатному крепежу от сокета LGA 2011-v3 square ILM. На его верхнюю грань будет устанавливаться модуль TB-2-(127-127)-1,15 E на который уже будет ставится термокамера и бутерброд будет стягиваться нейлоновыми винтами. Конечно пришлось разработать кастомную термокамеру, так как ничего подобного не производится.

В результате получится вот такая сборка:

Перевернута модель не случайно. По прошлому эксперименту я уже знаю, что школьная физика не врет, и холодный воздух спускается вниз к более горячим частям и нагревается. По этому если холодная камера вверху, образуется постоянная циркуляция воздушных масс. Холодный воздух перемешивается с горячим, и создается значительная теплопотеря. Если-же камеру располагать внизу а горячие части вверху, то активного перемешивания и теплопотери можно избежать. Эта конструкция будет опускаться в сосуд Дьюара и там по задумке, температура с высокой среднесрочной стабильностью, а так-же неплохой для любителя точностью должна пробить планку -60°C. popcorm

Изготавливать детали планируется из аллюминия Д16Т.

Вопрос стабилизации температуры буфера куда более интересен. Модуль Drift-0.8 довольно мощный, и ему нужно 170 Ватт(до 270 Ватт в максимуме) питания. Для этих целей кулпен программируемый блок питания COTEK AE-800-30 и контроллер  TE Tech TC-720 OEM которые в паре могут выдать в пельтьешку до 600 Ватт мощи как в прямом, так и в реверсном режиме. С управляемым БП, 720-ка  перестает работать как ШИМ-контроллер, и начинает использовать свой H-bridge только для переключения направления тока прямое/реверсное. Вопрос управления мощностью при этом полностью ложится на плечи БП. 720-ка тут выступает только как арбитр с PID-регуляторам. По этому БП должен иметь весьма присижн управление… Мой любимый Mean Well хоть и имеет модели управляемых БП, но они сливают монстрам от COTEK, по этому мой выбор тут очевиден. Ну да… придется кое-что подправить в плане управления, но это я расскажу вам уже позже…

А так-же, что интересно, этот контроллер способен управлять системой водяного охлаждения.

Вся эта упаковка хай-теха будет стабилизировать температуру буфера на уровне -10°C. Которая будет понижаться на второй стадии, до глубоко-минусовых температур  модулем TB-2-(127-127)-1.15.

На этом пока все…

Ну а теперь пойду еще раз продумаю механику и начну собирать денежку, чтобы заказать фрезеровку и пытаться собрать этот крейзи-проект.

Проект “Восток-Антарктика”: 1 комментарий

Добавить комментарий